一种陶瓷雾化芯及其制备方法

技术领域

本发明涉及雾化器领域，特别涉及一种陶瓷雾化芯及其制备方法。

背景技术

气溶胶发生装置结构中的雾化芯是其产生气溶胶基质的重要结构，随着电子雾化技术的发展，市场上现有的雾化芯也逐渐多样化，雾化芯可分为棉芯雾化芯、陶瓷雾化芯等。其中，棉芯雾化芯的主要制造工艺是采用金属发热丝缠绕在棉芯上，该工艺需要人工缠绕及包棉，生产效率低且产品的一致性差，此外，棉芯容易被烧焦而产生糊味，带来呛喉的不适体验感；陶瓷雾化芯主要是采用金属发热丝和多孔陶瓷基体一体成型的工艺，目前应用较广泛的陶瓷雾化芯制作工艺为：在多孔陶瓷基体上镶嵌或印刷发热部件，采用该工艺流程所制备的陶瓷雾化芯在使用过程中易出现糊芯、发热不均等问题，影响用户体验，不仅如此，多孔陶瓷基体的孔径及孔隙率也是雾化技术的关键，孔径偏大或偏小均会影响雾化效率，使用户体验有所降低。

发明内容

本发明实施例提供了一种陶瓷雾化芯及其制备方法，旨在解决采用现有制造工艺所制备的雾化芯在使用过程中易带来用户体验感降低的问题。

第一方面，本发明实施例公开了一种陶瓷雾化芯，所述陶瓷雾化芯包括多孔陶瓷基体和发热部件，所述发热部件设置在所述多孔陶瓷基体表面；所述多孔陶瓷基体为半圆柱体，所述多孔陶瓷基体的上端面为平面，所述多孔陶瓷基体的下端面为弧面；所述发热部件包括发热线路和接触引脚，所述发热部件设置在所述多孔陶瓷基体的上端面。

所述陶瓷雾化芯外侧包裹设置有储油棉。

其中，所述多孔陶瓷基体的内部设置有通孔，所述通孔的平均孔径为10～100μm，所述多孔陶瓷基体的孔隙率为55％～70％。

所述多孔陶瓷基体的主要元素包括Si、Al、O、Ca、K、Na、Fe、Mg、Ti，其中Si、Al、O三种元素的总重量占比大于70wt％。

所述发热线路的形状为S型、波浪型、梨形、山字型中的一种或多种形状组合；所述发热线路的阻值0.7～3.0Ω；所述接触引脚的阻值≤0.4Ω。

第二方面，本发明实施例还公开了一种陶瓷雾化芯的制备方法，该制备方法用于制备得到如第一方面所述的陶瓷雾化芯，所述制备方法包括：

S1、按预置混料配方称取原料，随后将所述原料置于混料机中进行预设混料时长的混料，制备粉料；其中，预置混料的配方为陶瓷粉25～45份，玻璃粉5～20份，造孔剂20～60份，粘结剂4～20份，所述预设混料时长为1～3小时；

S2、将所述粉料置于开合式密炼机中，按预置密炼料液比向所述粉料中加入水，进行预设密炼时长的密炼，制备泥料；其中，预置密炼料液比按质量份数为粉料：水＝100：15～100：40，所述预设密炼时长1～4小时；

S3、将所述泥料置于密封袋中静置预设陈腐时长，制备陈腐泥料；其中，所述预设陈腐时长为1～3天；

S4、将所述陈腐泥料置于挤出机中，依次对所述陈腐泥料进行挤出、分切处理，制备长条坯体；

S5、将所述长条坯体置于冲床中并进行冲切，制备所需形状的湿坯；

S6、将所述湿坯置于干燥箱中，在预设烘干温度下进行烘干至恒重，制备干坯；其中，所述预设烘干温度为60～150℃；

S7、将所述干坯置于箱式电阻炉中，在预设第一烧结条件下对所述干坯进行烧结，冷却后制备多孔陶瓷基体；其中，所述预设第一烧结条件为空气气氛，烧结温度1000～1400℃，保温时间10～120min；

S8、将所述多孔陶瓷基体置于治具中，通过丝网印刷的方式将金属浆料印刷至所述多孔陶瓷基体的上端面上，随后在预设第一干燥条件下进行烘干，制备待烧基体；其中，预设第一干燥条件为40～100℃下烘干10～60min；

S9、将待烧基体放入气氛炉中，在预设第二烧结条件下在保护气氛中对所述待烧基体进行烧结，制备陶瓷雾化芯；其中，所述预设第二烧结条件为烧结温度800～1100℃，保温时间10～60min，所述保护气氛为H

其中，所述陶瓷粉的目数为100～400目，可选的，所述陶瓷粉为石英、氧化铝、硅藻土、碳化硅中的一种或多种。所述玻璃粉的中值粒径为1～60μm。所述造孔剂的目数为100～1000目，可选的，所述造孔剂为木粉、碳粉、小麦粉、淀粉和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的一种或多种。可选的，所述粘结剂为羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠(CMC)、聚乙烯醇(PVA)中的一种或多种。

本发明提供的一种陶瓷雾化芯及其制备方法，所制备的陶瓷雾化芯上端面为平面，发热部件采用丝网印刷的方式印刷在所述陶瓷雾化芯的上端面的中间位置；所制备的陶瓷雾化芯下端面为弧面，下端面为弧面有助于气溶胶基质通过毛细力进行传导至陶瓷雾化芯的内部，以及时补充雾化所消耗的气溶胶基质，防止出现干烧糊芯的问题，不仅如此，所制备的陶瓷雾化芯还具有孔径大、孔隙率高、气溶胶基质的传导速度快等特点，有效解决了因糊芯、发热不均、雾化效率低所带来的用户体验感差的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所公开的陶瓷雾化芯的结构示意图；

图2为本发明实施例所公开的陶瓷雾化芯与储油棉的结构示意图；

图3为本发明实施例所公开的陶瓷雾化芯的制备方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

本发明实施例公开了一种陶瓷雾化芯，如图1所示，为本发明实施例所公开的陶瓷雾化芯的结构示意图。所述陶瓷雾化芯包括多孔陶瓷基体1和发热部件2，所述发热部件2设置在所述多孔陶瓷基体1表面；所述多孔陶瓷基体1为半圆柱体，所述多孔陶瓷基体的上端面11为平面，便于发热部件2丝网印刷在所述多孔陶瓷基体1的上端面11上，所述多孔陶瓷基体的下端面12为弧面，下端面12为弧面有助于气溶胶基质通过毛细力进行传导至陶瓷雾化芯的内部，以及时补充雾化所消耗的气溶胶基质，防止出现干烧糊芯的问题。

如图2所示，为本发明实施例所公开的陶瓷雾化芯与储油棉的结构示意图。所述陶瓷雾化芯1外侧包裹设置有储油棉3。所述储油棉3用于吸附烟油，陶瓷雾化芯1被包裹在储油棉3内，以使所述陶瓷雾化芯1间接与烟油接触，可有效避免出现因陶瓷雾化芯1孔径大导致的漏油问题。

所述发热部件2包括发热线路22和接触引脚21，所述发热线路22的形状可以为S型、波浪型、梨形、山字型中的一种或多种形状组合，所述发热线路22的阻值为0.7～3.0Ω；所述接触引脚21的阻值≤0.4Ω。所述发热部件2由金属浆料依次经过丝网印刷、烘干、烧结在所述多孔陶瓷基体1的上端面11，经高温烧结所形成的发热部件2与所述多孔陶瓷基体1的结合度更高，所制备的陶瓷雾化芯的产品一致性更好，可实现陶瓷雾化芯的自动化组装，便于气溶胶发生装置的批量生产。

所述多孔陶瓷基体1的内部设置有通孔，所述通孔的平均孔径为10～100μm，经阿基米德排水法测试所述多孔陶瓷基体1的孔隙率为55％～70％，所制备的多孔陶瓷基体1孔径大，孔隙率高，储油量大，导油速度快，有效解决了气溶胶发生装置在使用过程中的糊芯问题。

所述多孔陶瓷基体的主要元素包括Si、Al、O、Ca、K、Na、Fe、Mg、Ti，其中Si、Al、O三种元素的总重量占比大于70wt％。

本发明实施例还公开了一种陶瓷雾化芯的制备方法，该制备方法用于制备得到如上所述的陶瓷雾化芯，如图3所示，所述制备方法包括：

S1、混料：按预置混料配方称取原料，随后将所述原料置于混料机中进行预设混料时长的混料，制备粉料；其中，用于制备所述多孔陶瓷基体的原料包括陶瓷粉、玻璃粉、造孔剂、粘结剂，预置混料配方为陶瓷粉25～45份、玻璃粉5～20份、造孔剂20～60份、粘结剂4～20份，所述预设混料时长为1～3小时；

可选的，所述陶瓷粉为石英、氧化铝、硅藻土、碳化硅中的一种或多种，所述陶瓷粉的目数为100～400目，陶瓷粉用于形成主坯体；

可选的，所述玻璃粉的中值粒径为1～60μm，在坯体中加入玻璃粉，烧结过程中，玻璃粉将熔融的方式填充在主坯体中，使坯体内部变得更加致密，并有效减少主坯体的形变；

可选的，所述造孔剂为木粉、碳粉、小麦粉、淀粉和PMMA中的一种或多种，所述造孔剂的目数为100～1000目，造孔剂用于形成坯体的内部孔洞以制备多孔坯体；

可选的，所述粘结剂为羟丙基甲基纤维素、CMC、PVA中的一种或多种，粘结剂用于提高坯料中各组分的粘合力。

S2、密炼：将所述粉料置于开合式密炼机中，按预置密炼料液比向所述粉料中加入水，进行预设密炼时长的密炼，制备泥料；其中，预置密炼料液比按质量份数为粉料：水＝100：15～100：40，所述预设密炼时长1～3小时；密炼工艺具有混合容量大、时间短、生产效率高、较好的克服粉尘飞扬、减少原料损失、改善产品质量与工作环境、操作安全便利的优势。

S3、陈腐：将所述泥料置于密封袋中静置预设陈腐时长，制备陈腐泥料；其中，所述预设陈腐时长为1～3天；经陈腐后的泥料，其可塑性有所提高，且可有效避免坯体成型和烘干时出现开裂情况。

S4、挤出：将所述陈腐泥料置于挤出机中，依次对所述陈腐泥料进行挤出、分切处理，根据产品需求制备预置形状的长条坯体；挤出工艺具有成本低、生产效率高、实用性强的特点；

S5、模切：将所述长条坯体置于冲床中并进行冲切，根据产品需求制备所需长度的湿坯；

S6、烘干：将所述湿坯置于干燥箱中，在预设烘干温度下进行烘干至恒重，制备干坯；其中，所述预设烘干温度为60～150℃，时间为8-12h；

S7、第一烧结：将所述干坯置于箱式电阻炉中，在预设第一烧结条件下对所述干坯进行烧结，冷却后制备多孔陶瓷基体；其中，所述预设第一烧结条件为空气气氛，烧结温度1000～1400℃，保温时间10～120min；第一烧结时，陶瓷粉形成主坯体，玻璃粉熔融并填充在主坯体中，使坯体内部变得更加致密，减少主坯体的形变；粘结剂可粘合各组分并提高主坯体的内部粘合力；造孔剂在高温时发生反应并形成主坯体的内部孔洞，以制备多孔陶瓷基体；

S8、印刷：将所述多孔陶瓷基体置于治具中，通过丝网印刷的方式将金属浆料印刷至所述多孔陶瓷基体的上端面上，随后将所述多孔陶瓷基体置于干燥箱中，在预设第一干燥条件下进行烘干，制备待烧基体；其中，预设第一干燥条件为40～100℃下烘干10～60min；丝网印刷的方式较为灵活，可根据使用需求使用不同的丝网镂孔版，在所述多孔陶瓷基体表面制备得到所需形状的金属浆料涂层，所制备的金属浆料涂层厚度均匀，丝网印刷的方式具有工序简单、生产效率高的特点，有效降低了制造成本；

S9、第二烧结：将待烧基体放入气氛炉中，在预设第二烧结条件下在保护气氛中对所述待烧基体进行烧结，制备陶瓷雾化芯；

可选的，所述预设第二烧结条件为烧结温度800～1100℃，保温时间10～60min，所述保护气氛为H

或者是，所述预设第二烧结条件为真空烧结，真空烧结时，炉内压力小于几十帕(Pa)，真空下介质对烧结的影响基本可以忽略，可有效提升烧结效果；

第二烧结时，金属浆料涂层与多孔陶瓷基体紧密结合且不易脱落，并提高所述陶瓷雾化芯的强度。

实施例1

实施例1公开了一种陶瓷雾化芯的制备方法，具体方法如下：

S1、混料：按预置混料配方称取原料，随后将所述原料置于混料机中进行预设混料时长的混料，制备粉料；其中，用于制备所述多孔陶瓷基体的原料包括陶瓷粉、玻璃粉、造孔剂、粘结剂，预置混料配方为陶瓷粉45份、玻璃粉10份、造孔剂40份、粘结剂5份，所述预设混料时长为2小时；

所述陶瓷粉为石英和硅藻土的混合物，其中，石英与硅藻土的质量比为3:1，所述陶瓷粉的目数为100目；所述玻璃粉的中值粒径为15μm；所述造孔剂为碳粉和PMMA的混合物，其中，碳粉和PMMA的质量比为1:1，所述造孔剂的目数为100目；所述粘结剂为羟丙基甲基纤维素。

S2、密炼：将所述粉料置于开合式密炼机中，按预置密炼料液比向所述粉料中加入水，进行预设密炼时长的密炼，制备泥料；其中，预置密炼料液比为粉料(质量)：水(质量)＝100：30，所述预设密炼时长2小时；

S3、陈腐：将所述泥料置于密封袋中静置预设陈腐时长，制备陈腐泥料；其中，所述预设陈腐时长为2天；

S4、挤出：将所述陈腐泥料置于挤出机中，依次对所述陈腐泥料进行挤出、分切处理，制备长条坯体；

S5、模切：将所述长条坯体置于冲床中并进行冲切，制备所需形状的湿坯；

S6、烘干：将所述湿坯置于干燥箱中，在预设烘干温度下进行烘干至恒重，制备干坯；其中，所述预设烘干温度为100℃；

S7、第一烧结：将所述干坯置于箱式电阻炉中，在预设第一烧结条件下对所述干坯进行烧结，冷却后制备多孔陶瓷基体；其中，所述预设第一烧结条件为空气气氛，烧结温度1200℃，保温时间60min；

S8、印刷：将所述多孔陶瓷基体置于治具中，通过丝网印刷的方式将金属浆料印刷至所述多孔陶瓷基体的上端面上，随后将所述多孔陶瓷基体置于干燥箱中，在预设第一干燥条件下进行烘干，制备待烧基体；其中，预设第一干燥条件为60℃下烘干50min；

S9、第二烧结：将待烧基体放入气氛炉中，在预设第二烧结条件下在保护气氛中对所述待烧基体进行烧结，制备陶瓷雾化芯，所制备的陶瓷雾化芯的尺寸为10mm*3mm；其中，所述预设第二烧结条件为烧结温度1000℃，保温时间50min，所述保护气氛为N

实施例2

与实施例1不同之处在于：步骤S1中，预置混料配方为陶瓷粉36份、玻璃粉12份、造孔剂40份、粘结剂12份；所述陶瓷粉的目数为200目；所述玻璃粉的中值粒径为5μm；所述造孔剂的目数为200目。

实施例3

与实施例1不同之处在于：步骤S1中，预置混料配方为陶瓷粉25份、玻璃粉10份、造孔剂50份、粘结剂15份；所述陶瓷粉的目数为300目；所述玻璃粉的中值粒径为1μm；所述造孔剂的目数为150目。

对比实施例

与实施例1不同之处在于：步骤S1中，预置混料配方为陶瓷粉40份、玻璃粉20份、造孔剂30份、粘结剂10份；所述陶瓷粉的目数为300目；所述玻璃粉的中值粒径为1μm；所述造孔剂的目数为150目。

分别取实施例1-3及对比实施例中所制备的陶瓷雾化芯，分别使用阿基米德排水法、泡点法、三点法测试其孔隙率、孔径、抗折强度，并分别取实施例1～3及对比实施例中所制备的陶瓷雾化芯制件在相同条件下测试其吸油时间，得到的实验结果如表1所示。

表1实施例1～3和对比实施例中所制备多孔陶瓷雾化芯的孔隙率、孔径、抗折强度、吸油时间的测试结果

对比表1的测试结果可知，实施例2中所制备的陶瓷雾化芯的孔隙率为60％，平均孔径为70μm，抗折强度为12MPa，吸油时间为300ms，综合性能最佳；对比实施例中所制备的陶瓷雾化芯的孔隙率为50％，平均孔径为20μm，抗折强度为18MPa，吸油时间为1500ms，虽抗折强度最高，但其孔隙率、平均孔径、吸油时间等数据均不佳。根据实验结果判断，本发明方法所制备的陶瓷雾化芯的孔隙率为55％～70％时，其综合性能较佳。综上所述，本发明方法制备的多孔陶瓷雾化芯具有更好的综合性能。

为进一步体现本发明的有益效果，将实施例1-3中所制得的陶瓷雾化芯样品分别接入电路(具体是通过发热部件的两端连接电源)，分别测量发热线路和接触引脚的阻值，得到的测量结果如表2所示。

表2实施例1～3所制备发热线路和接触引脚的阻值的测量结果

对比表2的测量结果可知，发明实施1～3例中所制备的发热线路的阻值均在0.8～3.0Ω范围内，所制备的接触引脚的阻值均≤0.2Ω，可满足陶瓷雾化芯产品的使用需求(发热线路的阻值小于3.0Ω，接触引脚的阻值≤0.3Ω)。

本发明提供的一种陶瓷雾化芯及其制备方法，所制备的陶瓷雾化芯上端面为平面，发热部件采用丝网印刷的方式印刷在所述陶瓷雾化芯的上端面的中间位置；所制备的陶瓷雾化芯下端面为弧面，下端面为弧面有助于气溶胶基质通过毛细力进行传导至陶瓷雾化芯的内部，以及时补充雾化所消耗的气溶胶基质，防止出现干烧糊芯的问题，不仅如此，所制备的陶瓷雾化芯还具有孔径大、孔隙率高、气溶胶基质的传导速度快等特点，有效解决了因糊芯、发热不均、雾化效率低所带来的用户体验感差的问题。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。